1939年,美國的勞倫斯,在1932年設計并研制出了世界上第一臺回旋加速器。這種加速器既可用于核物理實驗,也可用于早期的粒子物理實驗,他因此單獨獲得了1939年的諾貝爾物理學獎 .
生平簡介
勞倫斯博士Ernest Orlando Lawrence(1901—1958)是美國著名的物理學家、回旋加速器的發明者,1901年8月8日出生于美國達科他州南部的坎頓。勞倫斯的祖父是一位教師,于1846年從娜威的特勒馬克移民到美國威斯康星州;父親畢業于威斯康星州立大學,先后在南達科他的州、市、縣任過公共學校的督學,1919年后任師范學院院長;母親也是一位教師。
幼年時代,勞倫斯進入南達科他州的坎頓和皮爾的國民學校學習。1917年,年僅16歲的勞倫斯就完成中學學業,隨即升入諾思菲爾德的圣奧拉伏學院。一年后他轉學到南達科他大學,在電工程教授阿克利(L.E.Akeley)指導下,開始對物理學發生興趣,而阿克利教授也看出他具有科學的傾向性。1922年大學畢業后,受到圖夫(M.Tuve)的鼓勵到明尼蘇達大學注冊,成為研究院學生。他后來進入耶魯大學學習,1925年取得博士學位,畢業后留校當助教。1928年勞倫斯為了有更多的機會進行深入而廣泛的物理學研究,前往加利福尼亞大學工作和學習,兩年后成為加利福尼亞大學最年輕的教授。1936年任加利福尼亞大學福射實驗室(勞倫斯輻射實驗室)主任。1939年榮獲諾貝爾物理學獎。1941年起參加美國曼哈頓原子彈計劃的領導工作。1957年獲美國原子能委員會費米獎金。
1932年,勞倫斯與耶魯醫學院名譽教務長的女兒布盧默(M.K.Blumer)結婚,生有兩男四女。
勞倫斯的生活節奏很快,不知疲倦,他總是一位鼓舞人心的領導者。1958年,他作為美國代表,去日內瓦參加了西方和蘇維埃集團科學家的會議,討論了核試驗檢測方法。在這次會談期間,勞倫斯病倒了,在他回到加利福尼亞后一個月于1958年8月27日勞倫斯在加州帕洛河阿托去世,終年57歲。1961年美國一個研究小組在勞倫斯曾經工作過的實驗室里發現了一種新的元素,也就是第103號元素,人們為了紀念勞倫斯,把它叫他“鐒”。
科學成就
勞倫斯在物理學中主要貢獻是發現了回旋加速器原理,領導建造了世界上第一臺回旋加速器,為進行了人工可控核反應提供了強有力的工具,大大促進了原子核、基本粒子的實驗研究。
物理學家愛丁頓(1882—1944)曾經提出了一個設想,認為人類可以建造一種能量很高的儀器,能使原子核發生象太陽內部核反應一樣的反應。在愛丁頓的提議下,勞倫斯開始研制加速器。勞倫斯首先想到電動機的原理,普通的電動機是靠轉子中通電流來實現在磁場中旋轉的,那么能不能不用轉子,直接讓運動電荷代替電流來實現在磁場中旋轉呢?勞倫斯以驚人的想象力設計、研制回旋加速器。他不久就提出了回旋加速器的原理,并且制作出一個象兒童玩具一樣精致的回旋加速器模型。他用兩個D形空盒拼成一個圓形空腔,中間留一條縫隙,帶電粒子在縫隙中由帶正、負電的D形盒所形成的電場來加速,進入D形盒后在磁場的作用下旋轉,最后帶電粒子以很高的能量象炮彈一樣從一個出射窗打出來,用來轟擊靶原子。1931年勞倫斯和別人合作研制成世界上第一臺回旋加速器。1932年他又建造了一臺新的回旋加速器,把質子加速到1.2百萬電子伏。1936年勞倫斯在加利福尼亞大學伯克萊分校用75噸大磁鐵,纏8噸鋼絲制成一個大電磁鐵,建造了一臺大型回旋加速器,打出的氘核速率達每秒4萬公里,每秒鐘可以打出6億個氘核粒子。1941年勞倫斯又在伯克萊分校的憲章山上建起了一個更大的加速器,打出的粒子速率接近每秒10萬公里,能量達1億電子伏。
勞倫斯親自使用回旋加速器研究過多種核反應,相繼得到放射性鈉、釷、碳-11、鈾-233等物質。勞倫斯還在1936年和他弟弟約翰合作用中子來診治癌癥,取得了比X射線效果更好的療效。1939年用放射性鐵對狗進行體內鐵的新陳代謝的示蹤研究。1940年在勞倫斯實驗室中實現了镎和釙的分離,為原子彈的研制提供了原料。1941年后勞倫斯和費米等物理學家一起研制了原子彈。